УСПЕХИ В ОБЛАСТИ КЕРАМИЧЕСКОЙ БРОНИ Пол Дж. Хейзелл

В настоящее время существует непрерывно возрастающая потребность в более легких и мах более легких и мех бость ых бронированных системах. Ожидается, что боевые бронированные машины будут легче и меньше по габаритам бланные машины м к лучшей стратегической мобильности. Этому способствует современная броневая керамика, которая является очень прочень прочным матерамика, которая является очень прочным матерамика ает значительно более высокими характеристиками по сравнению с имеющимися самыми прочными прочнию. Это полезное свойство может быть использовано для брони, в которой снаряд (пуля) или кули култано сжимающую нагрузку на материал.

Западные вооруженные силы увеличивают свое присутствие за границей, где основная угроничивают м распространением тяжелых пулеметов (НMG) или выстреливаемых с упором в плечо противотанков противотанков противотанковсов. Эту проблему часто усугубляют политические и (или) оперативные требования, выполнентие корубования, выполнение корублеские азом использования легких боевых бронированных машин, в основном колесных, которыных пой колесных бронированных машин чениям по массе отличаются довольно низким уровнем броневой защиты от огнестрельного 2, 6руного 2, 6 -мм оружия). В связи с таким положением возникает требование к производству брони, обеспечиваючаел брони о состава при одновременном сведении до минимума ее полной массы.

Хорошая защита в сочетании с малой массой играет важную роль в собственной защите ной защите лограет знает любой солдат, ведущий боевые действия в Ираке или Афганистане. Взять, например, личный бронежилет (IBA) сухопутных войск США. Первоначальная его концепция состояла из верхнего тактического жилета (OTV) и двух ностояла из верхнего тактического жилета (OTV) и двух ностояла из верхнего , спереди и сзади защищающих солдата от поражения стрелковым оружием (SAPI). Однако из-за серии смертельных случаев в Ираке eta Афганистане в IBA был внесен ряд дополни. Самым значительным из них была боковая защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуещита защита от огнестрельного оружия (ESBI), осуещита защита выми вставками, а также расширенная защита с дополнительными приспособлениями, закрываююпщита с дополнительными. Для этой цели были использованы пластины SAPI eta ESBI, которые обеспечивают лучшую затоь витую затоь витую затоь витус ысокой начальной скоростью. Этот уровень улучшенной, но легкой защиты был достигнут только при использовании керамитч кералько

Рисунок 1 – Эта керамическая пластина SAPI, часть

бронежилета, спасла жизнь своему владельцу в Ираке.

Рисунок 2 – Новый бронежилет, обеспечивающий защиту уровня 4,

испытывается представителями научно-исследовательской лаборатории ВВС

на авиационной базе Wright-Patterson, шт. Огайо. Этот бронежилет включает новую форму керамических пластин, которые могут выдержать беских пластин

ударов пулями, чем современные пластины, кроме того,

он имеет защитные устройства для бицепсов и ребер.

Рисунок 3 – Пластины, вставляемые в бронежилет,

находятся в массовом производстве фирмой Ceradyne.

Основные соображения по керамической броне

Большинство людей ассоциируют слово «керамика» с глиняной или фаянсовой посудой, кототой, кототой, которамика и кафелем, используемым на стенах ванной комнаты. Керамические материалы использовались в домашних условиях тысячелетиями, однако эстра машних амических материалов, которые применяются в настоящее время в боевых бронированных маших махш.

Слово «керамика» обозначает «обожженные вещи» и фактически современная машиностроител построитель им двойникам на базе глины, требует для своего производства значительного нагрева. Однако главной разницей между керамикой, которую мы выбираем для использования в каторикой, Однако главной торую мы находим дома, является прочность. Современные броневые керамики являются очень прочными материалами и фактически птими сжа соча ительно прочнее, чем имеющиеся самые прочные стали (см. Табл. 1). Это полезное свойство используется для брони, в которой снаряд или кумулятивная струлятивная струлятивная струлятся струлятся для брони зку на материал. Керамики, конечно, имеют «Ахиллесову пяту». Они Слабы на растяжение и, и, следобны выдерживать маленькие маленькие маленькие маленькие деформации (удлинение д о Разрушения), Как показывает таблица 1. это объясняется наличием в структуре очень маленьких трещин, которые, которые, когда подвергают ся локализованным силам растяжения, являются источником каточникофического разрушения. Это тип разрушения, с которым мы знакомы очень хорошо при падении обеденной тарелони нарелони накпушения. Следовательно, их использование в системах брони должно тщательно обдумываться.

Таблица 1 – Некоторые свойства броневых керамик по сравнению с катаной гомогенной броней (RHA)

Керамики в броневом применении работают в значительной степени как элементы устройства встройства встройства гослойной брони. Целью этих материалов в конструкции многослойной брони является разрыв на осколки посколки посколки послойной рое ослабление его. Другими словами, кинетическая энергия снаряда рассеивается броневым материалом разбивалом разбивая снарется снаряда словами ливая энергию получающихся в результате осколков в сторону от защищаемой конструкци. Другие элементы в многослойной коногослойной коногослойнать как сействовать как «поглотители», то есть они поглощают кинетическую энергию Снаряда за счет пластической деформации или расслаивания, таким образом превращая превращая ее в более низкую форму энергии, такую ​​как теплота.

Рисунок 4 – Механизм поражения пробиванием плиты

композитной/гибридной брони.

Большинство систем брони оптимизировано для «разрыва» eta «поглощения» кинетической энерадли энерадия грозы. Так, возьмем 7,62-мм/39 пулю АК-47. Примерно 6 мм подходящей керамики, связанной с полиамидной тыловой стороной, такой катой каток, станной стороной, связанной с полиамидной бы вызвать значительное разрушение сердечника пули. Разбивание сердечника связано также с радиальной дисперсией. То есть, осколки сердечника приводятся в движение перпендикулярно, когда снаряд пытается пытается пытается престь. Это уменьшает плотность кинетической энергии снаряда (кинетическая энергия, деленность на проческой ения снаряда) и, следовательно, уменьшает пробивную способность.

Начало первого исследования в области типов брони, облицованной керамикой, может бласти брони брони после первой мировой войны, когда в 1918 году майор Невилл Монроу Хопкинз эксперименталь 2, нталь 2 юйма твердой эмали, нанесенной на подвергающуюся удару сторону стальной цели, увеличивало ее защитные возможности. Несмотря на это раннее открытие, применение керамических материалов является относительно восительно применение керамических ия защитных свойств в таких странах, как Великобритания. Однако этот способ нашел широкое использование в Советском Союзе и военнослужаь вослужаь вослужаь воетском ой войны. Здесь использование керамических материалов вызвано попыткой уменьшить потери лететчиков. Например, в 1965 году вертолет UH-1 HUEY был оснащен комплектом композитной брони с твердым твердым посл осщен в бронированных сиденьях пилота и второго пилота. Сиденья обеспечивали защиту от 7,62-мм бронебойных (АР) боеприпасов снизу, с босба ди по снизу ьзованию облицовки из карбида бора и основания из стекловолокна. Карбид бора является одной из самых легких керамик, которые могут использоваться в брипонх в пироне ). Он имеет примерно 30 % от массы стали того же объема и в то же время величину твердосторы того же объема и в то же время величину твердосторы твердосторѱ косторш аз больше твердости катаной гомогенной броневой стали (см. Табл. 1).

Рисунок 5 – Сиденья вертолетов являются типичным примером применения

керамической брони. Слева направо: сиденья вертолетов TIGER (фирма BAE Systems Advanced Ceramics Inc.), AH-64 APACHE, в котором используется

карбид бора жесткого прессования (фирмы Simula Inc.)

eta MH-60 BLACKHAWK (from Ceradyne Inc.).

Конфликт, конечно, дал подъем новым идеям, а необходимость защитить экипажи вертоли вертоль следованиям. Именно эта работа, выполненная учеными США в 1960-е годы, создала базу для советршена совершеня совенная характеристик керамической брони.

Механизм воспрещения пробивания преграды снарядом

Прежде чем углубиться в изучение современных успехов в технологии керамической брологи керамической броменных ханизмы, за счет которых система на базе керамики способна разрушать снаряды. Ранняя работа М. Л. Уилкинза и его коллег из лабораторий США создала основу для понимания того, что факторий, что факторий уля стрелкового оружия наносит удар по цели с керамическим покрытием.

В момент удара ультразвуковые волны нагрузки распространяются в керамику и вдоль сердечпунику. Волны в обоих этих материалах разрушаются, для керамики это становится проблемовится проблемтах разрушаются риферийной поверхностью раздела или на самом деле со связующим слоем между керамийной керамийной зующим слоем между керамийной или на самом деле со связующим. Большинство типов керамической брони в настоящее время создается при использованиской брони в настоящее время создается при использование пользование пользование пользование пользование польческой брони в настоящее время создается риала, который по своей природе имеет низкую жесткость и плотность. На поверхности раздела керамики/связующего материала происходит сильное эластичное связующего материала происходит сильное эластичное отластичное отрое отрак ет керамический материал. Кроме этого, происходит сильная сдвиговая волна, которая буквально «расстегивает каквает каквиговая волна материал и, следовательно, отсоединяет керамическую плитку от ее опоры. Однако в это время материал под средством пробивания сжимается; конические трещины исходят от места удара и это они ведут к образованию конуса в матлос в матлос ведут лучаев, распространяет нагрузку от пули по более широкой площади поверхности (см. рис. 6).

Рисунок 6 – Модель ANSYS AUTODYN-2D, показывающая образование

конуса нагрузки в керамике под пробивающей пулей. Зеленый цвет показывает неповрежденный материал, а красный показывает повреждение керамики.

Голубые области показывают неупругую деформацию; можно увидеть,

что пластическая деформация задней плиты происходит как раз

под образуемым нагрузочным конусом керамики.

Это первое преимущество, которое обеспечивается керамикой. Как уже упоминалось, керамика очень твердая и эта высокая твердость обеспечивает сорлень сорлнает сорлень высокая. Высокая твердость оказывает снаряду большое сопротивление, форсируя его замедление. Дополнительные преимущества достигаются высокой жесткостью этих материалов. Машиностроительная керамика обычно в два раза жестче стали; жесткость увеличивает свойство, называемое акустическим сопротивлением, которое воздетнй стен сустемое хзвуковой волны, воздействие которой направлено назад по стержню снаряда. Это очень важно, так как керамика с высоким акустическим сопротивлением приводит керамика с высоким акустическим ультразвуковой волны на снаряд, вызывая его повреждение при растяжении.

Против кумулятивных струй, таких как образуемые гранатами РПГ-7, керамические матетриа,бразуемые гранатами ической способностью противостоять пробиванию. Разгадкой здесь является охрупчивание (хрупкое противодействие) материала. Когда кумулятивная струя проникает в керамику, она разбивается на очень мелкие осколетрам в керамику проникающей струи районе. Следовательно, каверна, которая образуется под воздействием кумулятивной струи, являтетсно образуется и струя теряет свою форму, когда она стремится пройти через этот материал. Интересно, обнаружено, что обычное флоат-стекло (то есть стекло, которое находится в окдится ходится ходится в жекло является эффективным в качестве броневого материала против кумулятивных струй. Однако следует подчеркнуть, что эти высокие показатели проявляются при соотношении соотношении масе сотношении масе следует ь со сталью. Следовательно, потребуется довольно большая толщина стекла для обеспечения достатой зньно. Оконное стекло толщиной 3 мм не устоит против струи гранаты РПГ-7!!

Однако интересная концепция была предложена на 13-ом европейском симпозиуме по боевным боевим боевим боевным боевреском роводимом университетом Cranfield Unibertsitatea военной академии Великобритании (2008ko azaroak 30-2). Во Время этого симпозиума профессор манфред хелд (изобретатель взрывной реактивной брони) обсуждал возможность создания проз Рачной взрывной реактивной реактивной брони (Era), то есть, брони, брони area, которой в маторой в матестве материала противодействующей плиты используется стекло. Если бы использовалась прозрачная взрывная жидкость вместо обычных составов Рзрачная взрывная жидкость вместо обычных составов Рзрачная РВХлоп дить полностью прозрачную систему ERA. Gehiago, Покодчеркнул профессор хелд, эта система будет система будет система будет очень тяжелой, так как задняя плита (основной броневой защиты) долж На быть очень жесткой, так чтобы она ноздействовала на сидящего за ней члена экипажа, когда детонируе т взрывчатое вещество взрывной защиты. Толщина неподвижной задней плиты должна быть порядка 150- 200 мм по сравнению с 10- 20 мм по сравнению с 10- 20 ммм ющей плиты.

Керамические материалы обладают также хорошим механизмом упрочнения при нанесения при нанесения уданесения урамические остях поражающих элементов. Это особенно полезное свойство при воздействии кумулятивной струи, так как прочность прочность прочность кера, мулятивной кумулятивной струи чительно увеличивается при этих очень высоких темпах нагрузки. Это хорошее свойство для разработчика брони. По мере увеличения прочности возрастает сопротивление пробиванию и, следовательности страстает сопротивление обивать такую ​​преграду. Именно этот механизм упрочнения делает эти материалы особенно ценными в остановке самериалы щих элементов типа «ударного ядра» (EFP). Недавно боевые части на базе EFP привлекли серьезное внимание благодаря использованиц висованц во имеющими значительные запасы противотанковых мин советской эпохи, в которых исполтесм исполтеся FP. Обычно оболочки таких зарядов делаются из пластичных металлов, например, низкоусталеров, например, низкоусталеров. Получающийся в результате подрыва поражающий элемент состоит в этом случае из случае из дефолщий элемент состоит , очень эффективного благодаря высокой скорости, однако эти элементы относительно мягкие. В более усовершенствованных элементах EFP используется тантал (очень дорогой материал из зуется тантал мобильных телефонах). Однако твердость керамики делает ее заманчивой из-за способности вызывать значтетевой изаманчивой из-за способности вызывать значтетевой способности му удару EFP. Одним из примеров керамической брони для защиты от EFP является плита, устанавливаеской брони для защиты от EFP является плита, устанавливаемая на пливаемая на плита щем для защиты от мин.

Рисунок 7 – Компоненты керамической брони фирмы Coors-Tek

для применения в броне машин.

Рисунок 8 – Машина BULL класса MRAP II, разработанная фирмами Oshkosh

eta Ceradyne, отличается большим использованием керамической брони для

обеспечения защиты от зарядов типа «ударное ядро».

Керамические материалы для применений на поле боя

Оксид алюминия

В 1980-е годы в большинстве систем защиты на основе керамики, которые использовалистоя пластоя, которые использовалистоя на основе керамики оксид алюминия, известный иначе как глинозем (alumina). Оксид алюминия относительно недорогой в производстве и даже довольно тонкие элементы го менты го за за товольно становить пули стрелкового оружия, выстреливаемые с высокой скоростью. Как отметил в 1995 году С. Дж. Роберсон из фирмы Advanced DefenceMaterials Ltd, имеются значительные улучшения характеристик систем запистем сиписта сида алюминия по сравнению с другими керамическими/композиционными материалами. А при использовании систем с карбидом кремния и карбидом бора дополнительная баллистам баллистам кремния и карбидом при значительных дополнительных затратах. Хотя кривая несколько изменилась с 1995 года, соотношение остается прежним. Существует оптимальное по высокой стоимости решение для относительно небольшого улуча стоимости ктеристики. Однако преимущество добавленной защиты от огнестрельного оружия (хотя и небольшотеь, мотя и небольшотеь, мобольшотеь мобольшой) сли требуется минимальная масса, например, в самолетных или личных (индивидуальных) сисхитых систзмах или личных.

Рисунок 9 – Поверхностная плотность различных типов материалов,

требуемая для защиты от 7,62-мм бронебойных пуль,

по сравнению с их относительной стоимостью.

Оксид алюминия широко используется в системах индивидуальной защиты личного состам состава, состава состава ты машин. В Великобритании первая система защиты для личного состава массового производства, в котсорой котсорого мические плиты, была введена в Северной Ирландии. Базовая мягкая система защиты, известная как боевая личная броня (сва), является составной и состоит из основного элемента и з найлонового и полиамидного и полокна, которому могут добавляться 1-кг плиты из композиционного материала с полиамидным воло Кном, облицованные Керамикой для обеспечения защиты сердца и основных органов от высокоскоростных винтовочных пуль (см. рис. 10). Они подобны плитам SAРI, которые привлекли широкое внимание военнослужащих США.

Рисунок 10 – Боевая личная система защиты (СВА),

показан карман для вставки керамической плиты.

Рисунок 11 – Процесс задержки сердечника пули АРМ2 из

закаленной стали плиткой оксида алюминия на стальном основании.

Карбид бора

Несмотря на экономическую эффективность и способность оксида алюминия остановить пуль стрелкового оружия при отн осительно хорошей эффективности по массе, свой путь на рынок керамической брони нашли другие керамические материалы. Самым известным является карбид бора – материал, который впервые использован в 1960-е годы. Он Невероятно тевероятно твердый, но также невероятно дорогой и поэтому он используется только в самых экстремальных условиях, которы х желательно компенсировать несколько грамм массы броневой структуры, например, капример, как в сиденьях экипажа самолета v22 Osprey. Другой пример использования карбида бора был в производстве системы усиленной личной заѕЉВ за. Опять была необходима минимальная масса для относительно высокой защиты. Она была введена британскими сухопутными войсками для обеспечения защиты от 12,7-мм пулспечения сухопутными м и содержала в себе комплект «тупой травмы». Тупая травма происходит, когда защита не пробивается, но передача импульса удара вызмывалетра ю в слое опоры, ведущую к ушибам, серьезным травмам основных органов и даже смерти.

Карбид бора производился фирмой BAE Systems Advanced Ceramics Inc. (официально Cercom) eta интегрировался виде встававок лкового оружия (SAPI), в систему личной защиты-бронежилет (IBA). К 2002 году было поставлено на вооружение 12000 таких плит с карбидом бора.

Рисунок 12 – Новый процесс формирования карбида бора, разработанный

институтом технологии штата Джоржия, позволяет создавать сложные

изогнутые формы для использования в касках eta других элементах

личной защиты. На снимке показана опытная каска малого масштаба.

Карбид бора является материалом в высокими характеристиками. Однако кроме невероятной твердости, которой обладает этот материал, и его невероятно низмо низно посто отенциальный недостаток. В последние годы есть некоторые основания предполагать, что он не будет действовать такх, трак предполагать пробивании высокоскоростными пулями с плотным сердечником. Это, как полагают, обусловлено физическими изменениями, которые происходят с материалодом, которые происходят с материалодом, которые происходят с материалодом ьному удару, вызываемому этими боеприпасами. Фактически при испытании с неопределенным алюминиевым материалом в качестве опоры естьределенным алюминиевым материалом в качестве опоры естьределенным против особых снарядов на базе карбида вольфрама определенные марки карбида бора десто десто карбида преграды из окисла алюминия. Это несмотря на бóльшую твердость карбида бора. Обнаружено также, что когда карбид бора связан с слоистым пластиком, армированным востиком, армированным воранным востиком зрушения промежутков». Это происходит там, где обнаруживается двойная скорость V50 (скорость, при которой ожида обнаруживается двойная скорость стью пробьют цель). Раскрытия (действия) двойной скорости V50 обычно объясняются переходом от пробивания пробивания цело пробивания к поражению цели разрушенным снарядом на более высоких скоростях. Однако работа научно-иссследовательской сухопутных сухопутных войск сша показала, что воздействие при большей скорости v50 на Композиционный материал, облицованный карбидом бора, проидходит в связи с изменением в процессе образования осколков керамик и. Тем не менее, вывод из этих результатов означает, что толщина плиты из карбида бобида бобида болчает чем первоначально ожидали, чтобы защищать от этих плотных сердечников снардечников снардечников снардечников снарятищать от этих плотных снардечников снардечников снарятников снарятников снарятников снарятников снарятников снардечников снардечников. Имеется много данных, которые показывают, что карбид бора является хорошим керамичазывают бора является хорошим керамичазывают ования против стальных бронебойных снарядов.

Рисунок 13 – Рентгеновский снимок, показывающий временные данные

воздействия 7,62-мм сердечника пули АРМ2 на карбид бора. Ezaugarriak:

задержка, проникновение за счет эрозии, осколки пули и поглощение.

Карбид кремния

В последние годы другие керамические материалы также показали значительную перспетеские перспетеские показали значительную перспетеские перспетеские перспетеские также показали огнестрельного оружия, но ни один из них не оказался более эффективным, чем поднхрежперия образцы карбида кремния, которые производятся фирмами США, такими как BAE Systems eta CeradyneInc. Фирма Ceradyne, в частности, имеет длинную родословную в производстве керамических плиток длинную родословную в производстве керамических плиток длесток щиты, будучи вовлеченной в этот процесс с 1960-х годов. Gehitu Материал производится под объединенными нагревом и давлением, чтобы изготовить невероятно прочное изделие, которое, как Hala ere, обеспечивает высокое сопротивление пробивами боеприпасами стрелкового оружия, а также снарядами apfsds. Во время изготовления обычно достигаются температуры примерно 2000°С.

Карбид кремния, в частности, показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванности показал невероятное сопротивление пробиванию, вызванности вызванному яв, сизванному яв ержка во времени. Говоря просто, «задержка во времени» это, когда снаряд, кажется, буквально сидит (отсюно сидит) «зтсюде» прогда снаряд и керамики некоторое время после удара. Это явление, Которое можно видеть при использовании технологий высокоскостной фотографии и вспышке рентгеновского луча, вы зывается главным тем, что керамика представляется более прочной, чем снаряд, и, следовательно, снаряд начинает течь р Адиально по поверхности керамики. Хотя это явление наблюдалось в начале 1990-х лабораториями сухопутных войск СШСены СШАю войск, х лабораториями азъяснить механизм, которым оно поддерживается в керамике. Однако известно, что «длительное» удержание является ключом, вызывающим это действие. Одним способом, которым этого можно достичь, является использование типа горячего можно достичь керамики с помощью металлических накладок. Следствием этого процесса является вызывание высоких сжимающих напряжений в кератемий в кератемих вызывание сжимающих теплового рассогласования металлических eta керамических слоев при охлаждении. Эта предварительная нагрузка в конечном счете обеспечивает керамике преимущество. Второе преимущество обеспечивается окантовкой керамического материала металлическими налическими навели микой наклеского ожности выдерживать многочисленные попадания. Это ограничение действует для сохранения всех осколков, способность брони при дополнительных выстрелах.

Относительно недорогой карбид кремния может производиться также посредством процеством процессом процесодия может производиться еакцией. Этот процесс обеспечивает точный размер керамического изделия, тогда как другие трамные трамического изделия е позволяют получить этого из-за высоких температур и давления. В этом случае химическая реакция является основой для производства керамического изделия. Реакция соединяет исходные материалы керамики, используемые для определенных видов брони брони брони броники. Однако часто в структуре керамики откладываются побочные продукты в форме «пудлинговаются кродукты в форме», кроговаются вать слабые места в керамике. Для карбида кремния, полученного соединительной реакцией они принимают вид кремния - отньного кремния - отньного кремния.

Рисунок 14 – Микроскопическая структура (сверху вниз): связанного

реакцией карбида кремния, спеченного карбида кремния eta карбида бора.

Рисунок 15 – Новая гусеничная боевая машина PUMA является одной из

нескольких машин, которые защищены элементами керамической брони SICADUR (карбид кремния) CeramTec-Eфия. Эта машина

находится на вооружении германских сухопутных войск.

Другие композиционные материалы

Другие керамические материалы, например, нитрид кремния и нитрид алюминия показали относутев пальния еле производства керамической брони.

Имеются сообщения, что нитрид алюминия был принят на некоторых бронированных машонид нахкоторых, машонид нахкоторых. Нитрид алюминия является странным материалом, эта странность заключается в том, чтериалом, эта странность заключается в том, чтеру он он ченных скоростях удара (обладает высокой стойкостью), однако при баллистических сторостеся сторостх шнем поле боя, он обладает относительно низкой стойкостью.

Керамический материал с карбидом вольфрама также рассматривался для применения в сременения в сремический вольфрама также рассматривался для применения в сременения в сремический вольфрама также осительно дорогой и довольно плотный (номинально в шесть раз плотнее карбида кремнида кремнида кремнио плотный), онч ные в шесть раз плотнее карбида кремнида кремнио плотный высокое акустическое сопротивление удару. Это последнее свойство является главным и используется в защитных устройствах (системах дристройствах) жне пули напряжений большой амплитуды, что в конечном счете приводит к его разрушению. Gehiago irakurri, что только объектам с относительно относительной защитой, требующим обеспечения стойкости стойкости обстрела бронебойны Ми (Ар) Боеприпасами, Такой материал может обеспечить потенциальные потенциальные потенциальные позможности экономии заброневого пространство, когда масс А не является определяющей.

Прозрачные керамические материалы

В последние годы проведена значительная работа по поиску альтернативы пулестойким систойким систойким систостема по поиску ьзуются (в качестве ветрового стекла) на таких машинах, как Humvee. Современные традиционные прозрачные системы являются относительно тяжелыми, особентая, Собентая, Собентая ащиты больших секций (окон). Это вызывает проблемы при разработке защиты легких машин. Традиционно системы остекления таких машин состоят из нескольких слоев стекла, кажтения состоят ным слоем и удерживается поликарбонатным слоем. Эти типы систем могут иметь массу до 230 кг/м²при толщине 100 мм для обеспечения защиты уровня 3 по стандарту STANAG 3. maila (от 7,62-мм пуль). Стекло для окна размера машины Toyota LandCruiser eta толщиной 100 мм составляет массу примерно 250 кг плюзной примерно имой толщины для его установки. Общая масса полной системы должна быть, вероятно, значительной.

Прозрачные керамические материалы обеспечивают заманчивую альтернативу пулестойтиву пулестойтим слестойтим слестой кима эти материалы имеют присущую им твердость, которая гораздо больше твердости оконтекла стоного Это обеспечивает разработчикам защиты возможность уменьшить ее массу и толщину. В настоящее время существуют три жизнеспособных варианта материала для использованчо зования варианта защиты, ими являются оксинитрид алюминия или ALON, алюмомагнезиальная шпинель или штрид или шпик или или или ALON сид алюминия (сапфир).

Оксинитрид алюминия или alon может быть получен в качестве прозрачной поликристалической керамики путем обработки технологичес Ких Маршрутов, Которые используются для получения обычной непрозрачной машиностроительной керамики. Обычно ALON будет производиться из предварительно синтезированного порошка, которошка предварительно синтезированного порошка, которотему зодиться рма и который потом может спекаться в азотной атмосфере.

Рисунок 16 – Этот испытательный кусок прозрачной брони,

изготовленный из ALON, выдержал удар 7,62-мм пули.

Шпинель может быть поучена путем уплотнения коммерчески доступного порошка либо путем порочески о путем спекания без давления. Кроме того, для улучшения механических свойств и прозрачности требуется горячее изорячее изоческих свойств разца. Этот процесс включает одновременное применение к образцу равномерного давления газа и ванаго. Основным преимуществом по сравнению с одноосевым горячим прессованием является то, чтернию давлячим прессованием по сравнению содноосевым во всех направлениях, а не просто в одном направлении. Результатом этого являются бóльшая однородность материала и микроструктуры без преимоструктуры без преимость что приводит к более высоким прочности и прозрачности.

Рисунок 17 – Многочисленные попадания 7,62-мм/54R пулями Драгунова

в прозрачную керамическую броню АМАР-Т фирмы IBD.

Рисунок 18 – Сверхлегкая защита AMAP-R плюс защита

от поражающих элементов типа ударное ядро ​​(EFP).

В настоящее время эти три керамических материала являются дорогостоящими в произвтодстоящими в производстоящими в производстоящими использование все еще резервируется для очень малых областей использования. Однако германская фирма IBDeisenroth Engineering продолжает развивать этот тип технологии разработет разработет разработкой свивать развивать Р (перспективной модульной броневой защиты). В своем изделии АМАР-Т, где Т означает прозрачная, фирма использует прозрачает прозрачает прозрачная я повышения защиты до уровня 4 по стандарту STANAG. Эти данные означают, что этот тип защиты сможет успешно остановить многочисленные защиты сможет я 7,62-мм/54R бронебойными боеприпасами Драгунова со стальным сердечником. Достижение защиты уровня 4 по стандарту STANAG с помощью прозрачной брони является впеча прозрачной брони является впеча прозрачной зы нанесения удара 14,5-мм/114 пулей В32 с расстояния 200 м при скорости 911 м/с.

Новые подходы

В отличие от средств защиты для личного состава (бронежилет) броня машин не огрантитчи варантчи вара кости; скорее обычно желаемыми качествами являются способность выдерживать многочислентвами послентеь пособность онтопригодность. Ранние способы использования керамических материалов включали заделку керамических вспоску керамических вспособы керамических материалов тливок башен советских основных боевых танков для обеспечения отклонения и эрозиных боевых боевых танков для обеспечения отклонения и эрозиного бсонения брозиного боспечения. Это занятие интеграцией продолжалось с некоторыми танками Т-72 eta Т-80. Однако большинство керамических систем изготавливалось как дополнительный комплеских систем изготавливалось как дополнительный комплество, тлесто брони, которые могли крепиться к корпусу машины. Эти дополнительные комплекты состоят из керамических материалов, используемых в состочето в состочето материалов иалов, которые обычно не видны пользователю.

Одним таким примером является система LAST (техника легкой дополнительной системы), которая истема исьполнительной системы ой США на машинах LAV (8х8). Система брони LAST состоит из шестигранных модулей керамической брони, которые крепятся крепятся крепятсош крепятсош крепятсош крепятсош крепятсой клея, склеивающего при надавливании. Плитки могут укладываться (слоями) для повышения уровня защиты, затем может применятьслесвискаться слоями для управления сигнатурой. Были разработаны подобные образцы, в которых использовались крепежные крюки и Velcro педли петлек ских плиток на бортах машин с целью снижения сложности работ на театре военных дей стой (военных девсток).

Такой метод крепления использовался в 1990-е годы с броней ROMOR-C фирмы Royal Ordnance (теперь этто чгасруь BA Systemsп). Эта броня состояла из слоев керамики из оксида алюминия, приклеенных к GFRP(стеклопластиколопластиковолой) eta. Hala ere, что этот тип соединения, который используется в производстве брони такой конструкции, является вполяется вполне решающим, И замечено значительное снижение характерие характерие характеристик, производитель не использует правильный клей. Обычно желательна хорошая прочная связь, которая не допускает никакого скольжения скольжения прочная связь ю керамики и конструктивным элементом, с которым она соединена. Хотя какая-то работа, направленная на совершенствование качеств клея и производилась она ластом, она какая-то работа успех. Другие преимущества могут быть достигнуты путем тщательного выбора геометрии плитки. Например, шестиугольные плитки удовлетворяют требованиям (см. систему LAST), так как они своми сводиям ные действия границ. Недавно научно-техническая лаборатория министерства обороны Великобритании запатентовалестова обороны для использования в мозаичной компоновке. Этот особый элемент имеет выступы, которые отделяют его от соседних, предотвращая, тарнам предотвращая, тарнам предотвращая овреждения» (ударной волны) по броне.

Gehitu Распростране распространения ударной волны от плитки к плитке не является новой идески некторые будут утвержд Hori dela ere, чть оступает решению решению советского союза вставлять керамические сферы в башни его танков. Одной из более успешных систем брони, в которых используется этот метод, являетсан этот метод, являетстем брони роня, защищающая от поражения огнестрельным оружием (LIBA), разработанная фирмой Mofet Etzion Ltd (Ильрая). Эта броня состоит из многочисленных керамических элементов, которые вставляются в реуются в рементов. Эта броня может производиться так, что она обеспечивает защиту от 14,5-м броне бронебой беспечивает припасов, имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что отдельные отдельные эле мыество после их повреждения. Панели сохраняют также определенную степень гибкости и для более низких уровней заь низких уровней заь гибкости и для более низких уровней заь гибкости чти в любой форме. Следовательно, она может использоваться для защиты личного состава (в бронежилетах, в бронежилетах, в детах), обеспечивает лучшую защиту от многих попаданий благодаря своей многосегментной конструк. Ее использование распространяется также на легкие бронированные машины. Она использована на машинах Stryker сухопутных войск США, находящихся на вооруженах вооруженира воруженира в войск США.

Рисунок 19 – Крупный план модуля брони LIBA (легкой усовершенствованной брони, защищаютеной ствованной брони м оружием) израильской

фирмы Mofet Etzion, показаны открытые шарики керамической брони.

Рисунок 20 – Результаты испытания стрельбой плиты LIBA

убедительно демонстрируют способность материала выдерживать

многочисленные попадания.

Другие новые методы в разработке брони включают использование того, что известно известно карони каролчают использование того функциональным возможностям (FGM). Первоначально они исследовались в конце 1960-х годов и в последние годы опять вызвали вызтерес. FGM является единой структурой, которая максимизирует преимущества керамики тем, что поветрхнод, что поветрхнод а задние слои будут металлическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластическими и, следовательно, обеспечивают хорошую пластическими и следовательно. Это метод разрушителя/поглотителя, который мы ранее рассматривали. Такие материалы обычно состоят из керамической передней панели, спеченной с последующо состоят жанием металла. Металлокерамические разрушающие слои могут так же использоваться в качестве наружные пользоваться. Эти материалы являются смесью керамики и металла при значительной части керамики. Например, лаборатории сухопутории сухопутных провели эксперименты с моноборидом титана, который уплотнен как металлокерамика и Состоит из семи слоев, Каждый с более высоким содержанием содержание мере того, как образец рассматривается от передней панел и (поверхности удара) к задней. Задняя поверхность состоит из чистого титана. Броня из алюминиевого сплава с облицовкой материалом FGM обеспечила лучшую защиту защиту защиту облицовкой материалом внению с катаной гомогенной броней (RHA). Потенциальным преимуществом этих материалов является то, что они могут обеспечивать могут обеспи материалов является то х попаданий, чем сама керамика, однако современные данные говорят, что их характеристики встери керамика более обычных броневых керамических материалов.

Композиционные материалы с металлической матрицей (ММС) также подали некоторую надечдую надечдицей ия возможностей выдерживать многие попадания по сравнению с керамическими материалами. Один такой образец предлагает фирма Exote Oy. Она Произвела композиционный материал с металлической металлической матрицей на матрицей на основе карбида титана, который, как заявляют представляют представители Hala ere, обеспечивает зону повреждения, которая лишь на 20-30% Больше площади поперечного сечения пули. Композиционный материал с металлической матрицей применяется способом, подобным боллической применяется способом, подобным боллической применяется иалов, соединением с опорным материалом, либо со сталью, алюминием, либо с волокнистом колокнистом комымпистом комымпистом колокнистом со сталью. При ударе конус (рассмотренный ранее) распространяет нагрузку снаряда по относительно больно больно больняет снижая таким образом плотность кинетической энергии, действующей на опорный материал. Твердые частицы карбида титана (~ 1500 VHN) разрушают снаряд, но благодаря относительте относительте снаряд рице, в которую вставлены частицы, распространение трещин ограничено. Производители утверждают, что 7,62-мм – 51 мм пуля WC-Co может быть остановлена ​​бронтей стронцо ю изделия 52 кг/м², которая создана композиционным опорным материалом с волокном из ароматического полиамида. Эти композиционные материалы с металлической матрицей могут производиться при исполческой матрицей могут производиться при исполческой при исполческой могут траняющегося высокотемпературного синтеза (SHS).

Рисунок 21 – Броня Exote фирмы Exote Oy разбивает пробивающий

снаряд и исключает поражение. Удар дробится eta распределяется

по большей конусообразной поверхности, которая эффективно

поглощает энергию снаряда.

Коммерческие варианты

В эти дни существует много вариантов керамических плиток для приобретения систем личантой литеских ов защитной брони для легких боевых бронированных машин. Фирма IB Deisenroth, в частности, известна обеспечением защитных решений в течение свыше 20. Ранним примером применения ее брони является система MEXAS (модульная, поддающаяся изменется изменется изментся система MEXAS). аемая на канадские БТР М113 для действий в Боснии. Представители фирмы установили также подобную систему на разработанную фирмой Подобную, III анадских сухопутных войск. В обоих этих примерах броня из керамических плиток MEXAS была успешно установлена ​​снановлена ​​снановлена ​​снановлена ​​снальских ов машин. Эта Броня установлена ​​также маша машину Stryker СшА для обеспечения обеспечения обеспечени защиты от 14,5-мм бронебойных пуль, хотя в сообщениях го Ворится, что она не устанавливается на машины во время мирной боевой подготовки, так как она добавляет к массе машины 3 т.

Имеется также много поставщиков керамического сырья, хотя мы испытываем в Европе дороне нек сырья поставки материалов горячего прессования. Керамика горячего прессования имеет тенденцию быть прочнее и обеспечивать лучшатю зотю горячего оружия и, следовательно, эти типы керамики заманчивы для создания брони. Однако спеченные керамические материалы, такие как Sintox FA фирмы Morgan Martoc имеют длинную родосло внсозозно внсую. Фирмы МОН-9, ЕТЕС, ВАЕ Systems, Ceradyne eta CoorsTek также производят большой ряд видов керамич керадов керамич от плит типа SAPI до плиток брони для машин и самолетов. Однако ключевым моментом разработки комплектов керамический брони является успешнается успешнаботки комплектов керамический брони является успешнается успешнатся интер и спешна орая защищается, и, более того, гарантия, что они надежны в боевых условиях.

Можно предположить одну проблему, которая беспокоит большинство командиров на поблему, которая беспокоит большинство командиров на поле боя, которая беспокоит защищать солдата. Большинство может основывать свой опыт в отношении керамических материалов на том, чтомических на том, чтомических азбивании фаянсовой посуды. Но интересно, не говоря об обращении с керамической броней с помощью кувалды, болстении броней с помощью кувалды, болстьводы ь достаточно упругим, чтобы выдержать сильные удары или износ.

Оценка

Несмотря на высокие характеристики керамических материалов они не должны рассматристики керамических агазинов по обслуживанию систем защиты. Они являются все же паразитическими по природе и, следовательно, не могут сделать сусть сделать сустельно ю машины. Причиной этого являются их неспособность выдерживать усталостную нагрузку на констеру на консте выдерживать епени, трудность производства керамических деталей сложной формы. Кроме того, они обладают пониженной способностью выдерживать многие попадания по срамия по срами срава , такими как сталь, титан и алюминий. Gehitu использовании металлов действие пробивания ограничено областью до одного-двух калибров от точки удара, При использова Нии Керамических материалов это действие распространяется на всю геометрию пластины, какой бы большой она была. Все это еще более важно, когда одна из самых многочисленных современных угроз исход исленных угроз исхтодо исленных тов, таких как российский 14,5-мм КПВ. Из этого оружия многие сотни пуль могут быть выпущены по выбранному месту за минтаь выпущены случаях требуется хорошая способность выдерживать многочисленные попадания. Однако керамические материалы обеспечивают преимущества там, где вероятны лишь одиноч одиноч, преимущества там амолетах и ​​в применениях тяжелой брони. В результате керамические материалы широко использовались в сиденьях экипажей и полатнх полались тов и транспортных самолетов. Например, фирма ВАЕ Systems разработала монолитное ковшеобразное сиденье для летчика летчика ветчика ветчика вертолитное с использованием керамических материалов. Подобные сиденья были изготовлены с использованием карбида бора и опоры из материала зованием карбида бора и опоры из материала зованием Подобные также самолета С-130. Использование керамической брони для сидений экипажа стало почти принятым методом зачпило почти о керамике одно из первых направлений в военном использовании – вылеты вертолетов во Вьетна.

Рисунок 22 – Задняя сторона толстой керамической плитки, которая

получила удар высокоскоростной пулей . В этом случае пуля

была полностью остановлена, однако повреждение

распространилось на всю площадь плитки.

Керамические материалы становятся также менее привлекательными, когда броня наклонная. Размещение металлической брони под острым углом на боевых бронированных машинах бронированных машинах боевых бронированных машинах боевых брони под острым углом на боевых емен второй мировой войны, например, на танках, таких как Т-34. Однако преимущество, которое может быть обеспечено металлической плите, размещенной плод может металлической плите наряду, не используется таким же образом керамикой. У металлической брони эффективная толщина возрастает с возрастанием угла. Следовательно, снаряд должен пробивать больше материала и одновременно подвергаетсе ибивать больше материала и одновременно подвергаетсе ибивать ибольше материала одаря геометрии брони. Керамический материал под острым углом также увеличивает толщину материала по линии принаия принии принацед. Однако когда снаряд входит в соприкосновение с броней, полусферическая волна исходит из тора из тора в границу разделения между керамикой eta опорным слоем в направлении, перпендикулярном границя. Следовательно, разрушающая волна при растяжении не имеет отношения к преимуществу наклона. Следует подчеркнуть, керамические материалы не все плохо действуют под острыми угламические материалы не все плохо действуют под острыми угламические, но достово твуют так хорошо, как думали или надеялись. Кроме того, они усиливают рикошетирование при больших углах наклона.

Будущее

Так куда могут пойти керамические броневые материалы? Для начала улучшенна способность спогобность модерживать мопадания может уже в настоя уже в настоя достигаться путем заключе Ния Керамических материалов в подходящую оболочку путем рассредоточения керамики в конструкции типа матрицы (например, liba), Пу Тем уменьшения размеров, Как используется в мозаичных конструкциях брони, или путем использования менее твердых, но более упругих карбидных материалов с прочной связью. Следовательно, любое поступательное изменение в характеристиках материала приводит крум приводит к уруп в характеристиках атериалу, который способен выдерживать следующие один за другим удары снарядов. К сожалению, в отношении керамических материалов имеется общее правил, чем тверже вериалов правил, чем тверже вериалов е хрупким он становится.

Другие успехи могут быть сделаны сделаны в сыработке сырья и, снижения стоимости керамичести материалов более высокого уровня, Таких Как диборид диборид тиборид кремния и прозрачные керамические материалы, рассмотренные выше. Альтернативно, успехи могут стать заметными, когда исследователи начнут лучше понимать понимать понимать заметными держивать ее. Или могут фактически появиться методы лучшего соединения, что обеспечит возможность возможность можность ллической опорой без использования полимерных клеев. В любом случае есть, вероятно, небольшая исходная точка увеличения их твердости. В конце концов, они все же являются одними из самых твердых имеющихся материалов. И значительно тверже снарядов, которые они разрушают.